基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统及方法与流程

技术特征：
1.基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统，其特征在于，包括：运载火箭三维建模模块、气动疲劳载荷转换模块、疲劳载荷后处理模块；运载火箭三维建模模块：建立运载火箭精细化的三维有限元模型；气动疲劳载荷转换模块：获得上级输入的气动疲劳载荷，采用适用于运载火箭的气动疲劳载荷最小变形能转换算法，获得最小变形能；根据最小变形能获得疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩完成赋值处理；疲劳载荷后处理模块：根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩，判定运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用要求。2.根据权利要求1所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统，其特征在于，三维有限元模型用于模拟运载火箭结构形式、布局、质心、转动惯量和连接刚度。3.根据权利要求2所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统，其特征在于，气动疲劳载荷转换模块获得最小变形能u的方法，具体为：动疲劳载荷转换模块获得最小变形能u的方法，具体为：动疲劳载荷转换模块获得最小变形能u的方法，具体为：动疲劳载荷转换模块获得最小变形能u的方法，具体为：其中：u
j
为有限元节点j的变形能；ej为假设梁的抗弯刚度；p
j
为有限元节点j的力；l
j
为有限元节点j到最近气动疲劳载荷节点的距离；p
a
为气动疲劳模型的合力；x
j
、y
j
、z
j
为有限元节点j的三方向坐标；x
a
、y
a
、z
a
为气动疲劳载荷模型质心的三方向坐标；λ,λ
x
,λ
y
,λ
z
为拉格朗日乘子法建立极值函数中的乘子，n为有限元模型节点数。4.根据权利要求2或3所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统，其特征在于，疲劳载荷后处理模块判定运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用要求的方法，具体为：21)计算相对运载火箭质心的气动疲劳载荷的合力f和合力矩m；22)根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩，计算基于质心的有限元载荷合力和合力矩；23)获得气动疲劳载荷的合力与有限元载荷合力的差值x1，获得气动疲劳载荷的合力
矩与有限元载荷合力矩的差值x2；24)若x1<0.5％f，且x2<0.5％m；则判定气动疲劳载荷转换算法满足使用要求；反之，则判定气动疲劳载荷转换算法不满足使用要求。5.基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值方法，其特征在于，包括步骤如下：1)建立运载火箭的三维有限元模型，并进行网格划分；2)获得上级输入的气动疲劳载荷，采用适用于运载火箭的气动疲劳载荷最小变形能转换算法，获得最小变形能；3)根据最小变形能获得疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩，完成赋值处理；4)根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩，判定运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用要求；如果不符合要求，重新划分网格并返回步骤1)，直至运载火箭的气动疲劳载荷转换算法满足使用要求(不同的重复循环是改变了网格划分，即三维有限元节点的三方向坐标，重复步骤1)～3))。6.根据权利要求5所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值方法，其特征在于，步骤1)中三维有限元模型模拟运载火箭真实的结构形式、布局、质心、转动惯量和连接刚度。7.根据权利要求6所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值方法，其特征在于，步骤2)获得最小变形能的方法，具体为：骤2)获得最小变形能的方法，具体为：骤2)获得最小变形能的方法，具体为：骤2)获得最小变形能的方法，具体为：其中：u
j
为有限元节点j的变形能；ej为假设梁的抗弯刚度；p
j
为有限元节点j的力；l
j
为有限元节点j到最近气动疲劳载荷节点的距离；p
a
为气动疲劳模型的合力；x
j
、y
j
、z
j
为有限元节点j的三方向坐标；x
a
、y
a
、z
a
为气动疲劳载荷模型质心的三方向坐标；λ,λ
x
,λ
y
,λ
z
为拉格朗日乘子法建立极值函数中的乘子，n为有限元模型节点数。8.根据权利要求6所述的基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值方法，其特征在于，步骤4)判定运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用要求的方法，具体为：
21)计算相对运载火箭质心的气动疲劳载荷的合力f和合力矩m；22)根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩，计算基于质心的有限元载荷合力和合力矩；23)获得气动疲劳载荷的合力与有限元载荷合力的差值x1，获得气动疲劳载荷的合力矩与有限元载荷合力矩的差值x2；24)若x1<0.5％f，且x2<0.5％m；则判定气动疲劳载荷转换算法满足使用要求；反之，则判定气动疲劳载荷转换算法不满足使用要求。

技术总结
基于三维模型的运载火箭疲劳载荷赋值系统及方法，包括：运载火箭三维建模模块、气动疲劳载荷转换模块、疲劳载荷后处理模块；运载火箭三维建模模块建立运载火箭精细化的三维有限元模型；气动疲劳载荷转换模块获得上级输入的气动疲劳载荷，采用适用于运载火箭的气动疲劳载荷最小变形能转换算法，获得最小变形能；根据最小变形能获得疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩完成赋值处理；疲劳载荷后处理模块根据疲劳载荷在三维有限元模型中相对质心的力和力矩，判定运载火箭的气动疲劳载荷转换算法是否满足使用要求。本发明解决了运载火箭疲劳载荷精细化赋值问题，使得运载火箭的载荷设计更合理，有效减小设计余量，提高结构安全性和可靠性。高结构安全性和可靠性。高结构安全性和可靠性。


技术研发人员：邓思超 徐振亮 吴胜宝 汪小卫 肖肖 张恒浩 孔令超 庄方方 张展智 艾立强
受保护的技术使用者：中国运载火箭技术研究院
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/21